A humán mozgásláncot alkotó egyes ízületek egymásra hatásának elemzése járás közben Csípőízületi kopás hatása a járás biztonságára

Átírás

1 A humán mozgásláncot alkotó egyes ízületek egymásra hatásának elemzése járás közben Csípőízületi kopás hatása a járás biztonságára Kiss Rita M.

2 Előadás felépítése Bevezetés Célkitűzések Előzmények Eredmények bemutatása Ultrahang-alapú járásvizsgáló-módszer hitelesítése Csípőízületi kopás hatása a járás változékonyságára A dinamikus egyensúly megtartásának vizsgálatához szükséges hirtelen irányváltoztatási teszt kidolgozása Csípőízületi kopás hatása a dinamikus egyensúly megtartására hirtelen irányváltoztatás esetén Összefoglalás 2

3 Csípőízületi kopás A csípőízület eltorzulása nem-gyulladásos porcelváltozás, vagy csontelfajulás következtében Tünetei: fájdalom csípőízület mozgásának beszűkülése sántítás radiológiai elváltozás Előfordulás: 65 év felett a lakosság 15-25%-ánál radiológiai jel 6-10 %-ánál igényel kezelést 3-5%-ánál csípőízületi protézis beültetés szükséges 3 [Szendr i M (szerk): Ortopédia]

4 Járás Ciklikus, szimmetrikus mozgás, mert egyes szakaszai pontosan ismétlődve követik egymást. Járáselemzés alapjai: lépésciklus, ami a végtag teljes mozgásperiódusa, azaz a végtag sarokütésétől a következő sarokütéséig tart, szakaszai: Támaszfázis (támaszkodási fázis) Lendítő fázis (lengési fázis) lépés, ami az egyik végtag sarokütésétől a másik végtag sarokütésig tart bal láb lendítö fázisa lábujj felemelés sarok ütés kétláb fázis elsö gördülés kétláb fázis teljes talp sarok felemelés egyláb fázis második gördülés bal láb támaszfázisa 4 [Szendr i M (szerk): Ortopédia]

5 Járás jellemzése Járáskép jellemzése időjellegű lépésciklus hossza távolságjellegű paraméterek lépésszélesség lépéshossz 5 [Szendr i M (szerk): Ortopédia]

6 Járás jellemzése Járáskép jellemzése időjellegű x távolságjellegű paraméterek hajlítás nyújtás y Ízületi mozgások jellemzése szögjellegű paraméterek z közelítés, távolítás 6 csavarás [Szendr i M (szerk): Ortopédia]

7 A járás biztonságos, ha a járás harmonikus, szakaszai pontosan ismétlődnek Járáskép, a távolság- és időjellegű jellemzők minden lépés esetén közel azonosak A járáskép változékonysága kicsi a test az egyensúlyát mindig visszanyeri Göröngyös talajon, mozgó talajon (mozgólépcső, mozgójárda) történő járáskor is Hirtelen erőhatás, irányváltoztatás (pld. lökés) után is A dinamikus egyensúly megtartása minden körülmények között megfelelő 7 [Szendr i M (szerk): Ortopédia]

8 Célkitűzések 1. A különböző mértékű csípőízületi kopás hatásának vizsgálata a járás változékonyságára 2. A csípőízületi kopás hatásának vizsgálata a dinamikus egyensúly megtartására hirtelen irányváltoztatás esetén 8

9 Előzmények Korábbi kutatások [Bejek és mtsai, 2006; Bennett és mtsai, 2008; Möckel és mtsai, 2003] a járást jellemző paraméterek elemzésével bizonyították, hogy a csípőízületi kopás okozta ízületi mozgáskorlátozottság miatt a járás nem-szimmetrikus. Kang és Dingwell [2008] a távolságjellegű és időjellegű paraméterek szórásának elemzésével bizonyították, hogy az életkor lényegesen befolyásolja (növeli) a járás változékonyságát. Van den Akker-Scheek és mtsai [2007] a lépéshossz és a lépésidő paraméterek relatív szórásának elemzésével bizonyították, hogy a nagyfokú csípőízületi kopás lényegesen befolyásolja (növeli) a járás változékonyságát. Arakowski és mtsai [2006] nyomásközéppont helyzetének elemzésével bizonyították, hogy álláskor a csípőízületi kopás nem rontja az egyensúlyozó képességet. Majewskie és mtsai [2005] fejmozgás elemzésével bizonyították, hogy járáskor a csípőízületi kopás rontja az egyensúlyozó képességet. 9

10 Járás változékonyságának elemzése Cél: Csípőízületi kopás mértékének a hatása járás változékonyságának modellezése a távolság-, idő-, szögjellegű paraméterek szórásával és relatív szórásával A járásjellemzők számításához szükséges anatómiai pontok térbeli helyzetét sok járásciklus közben kell rögzíteni. A vizsgálatnak futószalagon kell történnie. A feldolgozás fontos kérdése a felvett, hosszúidejű járás ciklusokra bontása egyszerű, de megfelelően pontos legyen. 10

11 Ultrahang-alapú járásvizsgáló módszer Ultrahang-alapú egymér fejeshátsó elrendezés vizsgálómódszer [Kocsis, 2002] Mér eszköz: zebris CMS-HS 19-pontos biomechanikai modell [Knoll és mtsai, 2004]

12 Az ultrahang-alapú járásvizsgáló módszer hitelesítése 1. Az ultrahang-alapú járásvizsgáló módszer hibájának megállapítása statisztikai módszerekkel [Kiss, 2007] a. Az ultrahang-alapú járásvizsgáló módszer hibája 1 mm alatt b. Az ultrahang-alapú járásvizsgáló módszer hibája kisebb, mint az ortopédiai elváltozások nagyságrendje c. A különböző időpontban és/vagy különböző személyek által végzett mérések eredményei összehasonlíthatók 2. Az ultrahang-alapú járásvizsgáló módszerrel végzett mérések eredményeinek összehasonlítása más módszerrel végzett mérések eredményeivel 12

13 Két különböző típusú járásvizsgálat összehasonlítása bal láb lendítö fázisa lábujj felemelés sarok ütés kétláb fázis elsö gördülés kétláb fázis teljes talp sarok felemelés egyláb fázis második gördülés bal láb támaszfázisa A járáselemzés fontos kérdése a felvett járásnak lépésciklusokra, valamint támaszfázisra és lendítőfázisra történő bontása. Ehhez a sarokütés és a lábujj felemelés járásszakaszok azonosítása szükséges. A különböző típusú járásvizsgálatok összehasonlításánál célszerű a sarokütés és a lábujj felemelés azonosítása közötti időeltérést meghatározni és elemezni. 13

14 Ultrahang-alapú járásvizsgáló módszer Reakcióerő-mérés alapú járásvizsgáló módszer lábujj felemelés X2, mm sarokütés [msec] X11, mm sarokütés lábujj felemelés Kinematikai-alapú azonosítás Pont helyzetén-alapuló módszer Kinetikai-alapú azonosítás ETALON 14

15 Hitelesítés: Azonosítás: (azonosítási idő) Választott paraméterek: 45 egészséges személy lassú (1.2 m/s), normál (1.5 m/s) és gyors (1.8 m/s) tempójú, futószalagon történő járásakor mértük és rögzítettük az ultrahang-alapú járásvizsgáló módszerrel a kijelölt anatómiai pontok térbeli helyzetét a futószalagba épített erőmérő lappal a reakcióerő függőleges komponensét Kinematikai: a sarokütés a sarokgumó és a csípőtövis haladásiránnyal párhuzamos koordinátái különbségének maximuma; a lábujj felemelés ennek a minimuma [Zeni és mtsai, 2008] Kinetikai: sarokütés, amikor a reakcióerő először nullától különböző; lábujj felemelés, amikor utoljára nullától különböző [Mills és mtsai, 2008] a két módon azonosított sarokütés közötti időkülönbség a két módon azonosított lábujj felemelés közötti időkülönbség a támaszfázis hossza közötti időkülönbség 15

16 Statisztikai elemzés a két módon meghatározott támaszfázis hosszak között a Pearson-féle korrelációs együttható azonosítás időkülönbségek, támaszfázis hossza közötti időkülönbségek átlaga, szórása, 95%-os megbízhatósági tartománya 16

17 Támaszfázis hossza kinetikai-alapú azonosítással [ms] 1, r = m= ,000 Támaszfázis hossza kinematikai-alapú azonosítással [ms] A különböző azonosítási módszerrel meghatározott támaszfázis hossza közötti korreláció erős 17

18 Sarokütés azonosítás id különbsége Lábujj felemelés azonosítás id különbség Támaszfázis hossza közötti id különbség átlag±sd tartomány átlag±sd tartomány átlag±sd tartomány + a kinetika-alapú azonosítás korábbi, mint a kinematikai-alapú 1.2 m/s 1.5 m/s 1.8 m/s 6.9± ± ± ± ± ± ± ± ± A járásszakaszok azonosítása közötti id különbség kicsi 18

19 Az ultrahang-alapú és a reakcióerő-mérés alapú járásvizsgáló módszerrel mért adatokból számított sarokütés és lábujj felemelés közötti időkülönbség, valamint a támaszfázis hossza közötti időkülönbség elemzésével megállapítottam, hogy a két vizsgálómódszerrel mért értékekből számított jellemzők nem térnek el szignifikánsan egymástól. Az ultrahang-alapú járásvizsgálathoz használt kinematikai-alapú azonosítási módszer lassú, normál és gyors tempójú járás esetén is használható. Kiss, R.M., Comparison between kinematic and ground reaction force techniques for determining gait events during treadmill walking at different walking speeds, Medical Engineering and Physics,

20 Előadás felépítése Bevezetés Célkitűzések Előzmények Tudományos eredmények bemutatása Ultrahang-alapú járásvizsgáló-módszer hitelesítése Csípőízületi kopás hatása a járás változékonyságára A dinamikus egyensúly megtartásának vizsgálatához szükséges hirtelen irányváltoztatási teszt kidolgozása Csípőízületi kopás hatása a dinamikus egyensúly megtartására hirtelen irányváltoztatás esetén Összefoglalás 20

21 Csípőízületi kopás mértékének a hatása a járás változékonyságára Vizsgált személyek: 22 egyoldali kisfokú, 18 egyoldali nagyfokú csípőízületi kopásban szenvedő idős beteg (radiológiai lelet alapján) 20 idős, egészséges személy Vizsgálat módja: Ultrahang-alapú járásvizsgáló módszerrel 0.8, 1.0 és 1.2 m/s sebességű járáskor a kijelölt anatómiai pontok térbeli helyzetének rögzítése 21

22 Jellemzők Távolság- és időjellegű paraméterek [Vaughan, 1999] lépéshossz lépésciklus hossza lépésciklus hossza lépésszélesség támaszfázis hossza lépésszélesség lépéshossz 22

23 Jellemzők Távolság-idő jellegű paraméterek Szögjellegű paraméterek x hajlítás nyújtás y z közelítés, távolítás csavarás 23

24 Jellemzők Távolság-idő jellegű paraméterek Szögjellegű paraméterek általános térdszög [Knoll és mtsai, 2004] α 24

25 Jellemzők Távolság-idő jellegű paraméterek Szögjellegű paraméterek általános térdszög [Knoll és mtsai, 2004] általános csípőszög [Kiss, 2007] γ 25

26 Jellemzők Távolság- és időjellegű paraméterek ζ Szögjellegű paraméterek általános térdszög általános csípőszög η φ ρ δ ξ medenceövi mozgásokat leíró abszolút szögek [Kiss, 2007] 26

27 Vizsgált ciklusok száma: Több, mint 400 ciklus [Owings és Grabnier,2003], átlagosan 576 ciklus mindhárom járássebességnél Járáskép változékonysága - távolság-, időjellegű paraméterek : Lépésciklusonként egy egy adat Jellemezhető az összes vizsgált ciklus adatainak szórásával, relatív szórásával Ízületi mozgás változékonysága - Szögjellegű paraméterek: Idő függvényében változik Ciklusra bontás után, a ciklus minden egész százalékában az értékek számítása, majd 27 [szög] idő [msec] [Kang és Dingwell, 2008]

28 CV [%] p<0.02 p>0.06 p<0.03 nem domináns dominánsnem domináns dominánsnem domináns domináns Lépéshossz Lépésszélesség Támaszfázis Kett s támaszfrekvencia egészséges kisfokú nagyfokú 60 átlagos CV [%] p<0.004 p<0.001 egészséges kisfokú nagyfokú 0 nem domináns domináns nem domináns domináns d lése billenése rotációja Térdszög Csíp szög Medence A csíp ízületi kopás romlásával az érintett (nem domináns) oldal távolság- és id jelleg paramétereinek relatív szórása (CV%) szignifikánsan növekedett, nem érintett (domináns) oldal esetén szignifikáns növekedés csak a nagyfokú kopás esetén figyelhet meg. 28

29 CV [%] p<0.02 p>0.06 p<0.03 nem domináns dominánsnem domináns dominánsnem domináns domináns Lépéshossz Lépésszélesség Támaszfázis Kett s támaszfrekvencia egészséges kisfokú nagyfokú 60 átlagos CV [%] p<0.004 p<0.001 egészséges kisfokú nagyfokú 0 nem domináns domináns nem domináns domináns d lése billenése rotációja Térdszög Csíp szög Medence A csíp ízületi kopás romlásával az érintett oldali csíp szög és a térdszög átlagos relatív szórása (átlagoscv%) csökkent, ami az ízület flexibilitásának csökkenésével, mozgásának besz külésével magyarázható. 29

30 60 átlagos CV [%] p<0.004 p<0.006 p<0.007 egészséges kisfokú nagyfokú 0 nem domináns domináns nem domináns domináns d lése billenése rotációja Térdszög Csíp szög Medence Az ellenoldal (nem-érintett, domináns) esetén a csíp szög, a térdszög, valamint a medenceövi szögek átlagos relatív szórása a kopás romlásával növekedett. Ennek alapján feltételezhet, hogy az ellenoldali ízületek mozgása és a medenceövi mozgás fontos szerepet játszik a kompenzációban és a biztonságos járásra való törekvésben. 30

31 A járás jellemzésére használt távolság-, idő- és szögjellegű paraméterek együttes elemzésével megállapítottam, hogy a csípőízületi kopás romlásával a járás változékonysága növekedett. A csípőízületi kopás romlásával a járáskép jellemzésre használt távolság- és időjellegű paraméterek szórása és relatív szórása növekedett, míg az érintett oldal térdízületi és csípőízületi mozgását leíró szögek átlagos szórása, átlagos relatív szórása csökkent, ami együttesen a járás biztonságának csökkenését, az elesés megnövekedett kockázatát jelzi. Az ellenoldal (nem-érintett, domináns) csípőízületi és térdízületi, valamint medenceövi mozgásokat leíró szögek átlagos szórásának és átlagos relatív szórásának növekedése azt mutatja, hogy ezek az ízületek fontos szerepet játszanak a kompenzációban és a biztonságos járásra való törekvésben. Kiss R.M, A járás sebességének és a csípőízületi arthrosis fokának hatása a járás változékonyságára, Biomechanica Hungarica,

32 Előadás felépítése Bevezetés Célkitűzések Előzmények Eredmények bemutatása Ultrahang-alapú járásvizsgáló-módszer hitelesítése Csípőízületi kopás hatása a járás változékonyságára A dinamikus egyensúly megtartásának vizsgálatához szükséges hirtelen irányváltoztatási teszt kidolgozása Csípőízületi kopás hatása a dinamikus egyensúly megtartására hirtelen irányváltoztatás esetén Összefoglalás 32

33 Egyensúly megtartása Egyensúlyozás: stabil állapot elérése, fenntartása Propriocepció statikus egyensúly megtartása: Nyugalmi, stabil testhelyzetekben a testrészek egymáshoz való viszonyának érzékelése HoE pedográf WoE Nyomásközéppont különböz irányú elmozdulásának vizsgálata talpnyomáseloszlás mérésével 33 [Horváth M, 2007]

34 Egyensúly megtartása Egyensúlyozás: stabil állapot elérése, fenntartása Propriocepció - statikus egyensúly megtartása: Nyugalmi, stabil testhelyzetekben a testrészek egymáshoz való viszonyának érzékelése Kranio-korpográfiás vizsgálómódsz er Romberg próba állás közben a fej (és a vállcsúcs) mozgásának rögzítése 34 [Horváth M, 2007-Neurológia]

35 Egyensúly megtartása Kinesztézis dinamikus egyensúly megtartása: Mozgó testrészek egymáshoz való viszonyának érzékelése Fukuda (Unterberger ) próba járás közben a fej (és a vállcsúcs) mozgásának rögzítése 35 [Horváth M, Neurológia]

36 Előnyei: Eddig használatos módszerek Ismert módszerek, jellemzők Nagy orvosi gyakorlat a vizsgálat végzésében és az eredmények kiértékelésében Hátrányai: Stabilitásvizsgálat Elsősorban a neurológiai problémák hatásának elemzésére alkalmas A mozgólépcsőn, a göröngyös utcán, utcán történő kisebb lökések, házi kedvencek támadásai következtében történő eséseket nem modellezi Az egyensúly megtartását hirtelen irányváltoztatás után és mozgó talajon történő járáskor nem elemzi 36

37 Ultrahang-alapú hirtelen irányváltoztatási teszt + Feloldó szerkezet Ultrahang-alapú egyedi érzékel s vizsgálómódsz er Mér eszköz: zebris CMS10 8 azonos er sség rugóval felfüggesztett merev lap PosturoMed 37

38 Mérés Hirtelen irányváltoztatás járás közben 1. Helybenjárás fix (mozdulatlan) lapon 2. Feloldás (hirtelen lökés) 3. Egyensúlyozás mozgó lapon BALESETVESZÉLYES 38

39 Módosítás két lábon állás sarok ütés elsö gördülés kétláb fázis egy lábon állás bal láb lendítö fázisa lábujj felemelés kétláb fázis teljes talp sarok felemelés egyláb fázis második gördülés bal láb támaszfázisa egy lábon állás 39

40 Három külön mérés: a vizsgált személy először két lábon, majd a bal, és ezt követően a jobb lábán áll, amikor a rugók kiengedésével a merev lapot mozgásba hozzuk Feladat: a vizsgált személynek az egyensúlyát vissza kell nyernie Mért jellemző: a lapra helyezett két érzékelő térbeli koordinátái Mérés 40

41 Mért jellemző A lapnak a kimozdítás irányával párhuzamos mozgása csillapított lengőmozgás 41

42 Számított jellemzők átlagos logaritmikus dekrementum: Lehr-féle csillapítási szám: 1 K( t ) ϑ = ln 1 i i 1 K( t ) D = ϑ 2 2 ϑ + 4π i x irányú kitérés [mm] 25 K(t 0 ) K(t 1 ) 10 5 K(t i ) t 0 t 1 t 2 t i T Idö [s] 42

43 Módszer használhatósága Vizsgált személyek: 45 fiatal egészséges, 20 idős egészséges személy Vizsgálat módja: Ultrahang-alapú hirtelen irányváltoztatási teszttel egy lábon és két lábon állás közben mért értékekből az átlagos logaritmikus dekrementum és a Lehr-féle csillapítási szám meghatározása 43

44 Eredmények Az egyensúlyozási képesség szignifikánsan a domináns oldal egyensúlyozási képességétől függött, mivel a két lábon állás közben végzett mérés eredményéből számított lengésparaméterek szignifikánsan nem tértek el a domináns lábon állás közben végzett mérés eredményéből számított értékektől. A két lábon állás és a domináns lábon állás közben végzett mérés eredményéből meghatározott lengésparaméterek szignifikánsan eltértek a nem domináns lábon állás közben végzett mérés eredményéből számított értékektől. Idős személyeknél mindhárom vizsgálat eredményéből számított átlagos logaritmikus dekrementum és Lehr-féle csillapítási szám szignifikánsan kisebb volt, mint a fiatal egészséges személyek értékei. ϑ D p>0.18 fiatal p<0.03 fiatal p<0.002 id s id s kétlábon domináns lábon nem-domináns kétlábon domináns lábon nem-domináns 44

45 45 Egészséges fiatal és egészséges idős személyeken végzett mérések eredményeiből számított átlagos logaritmikus dekrementum és Lehr-féle csillapítási szám összehasonlításával megállapítottam, hogy az ultrahang-alapú hirtelen irányváltoztatási teszttel és a mérési adatokból meghatározott lengésparaméterekkel a dinamikus egyensúlyozási képesség (dinamikus egyensúly megtartása) jól modellezhető.

46 Csípőízületi kopás hatása a dinamikus egyensúly megtartására hirtelen irányváltoztatás esetén Vizsgált személyek: 20 egyoldali, nagyfokú csípőízületi kopással rendelkező beteg, 20 idős, egészséges személy Vizsgálat módja: Ultrahang-alapú hirtelen irányváltoztatási teszttel egy lábon és két lábon állás közben mért értékekből az átlagos logaritmikus dekrementum és a Lehr-féle csillapítási szám meghatározása 46

47 Eredmények Idős, csípőízületi kopásban szenvedő betegeknél (OA) mindhárom vizsgálat eredményéből számított átlagos logaritmikus dekrementum és Lehr-féle csillapítási szám szignifikánsan kisebb volt, mint az azonos korú egészséges személyeken végzett mérések eredményeiből számított értékek. A csípőízületi kopás mindkét végtag egyensúlyozó képességét rontotta. Az érintett lábon állás közben végzett vizsgálat eredményéből számított lengésparaméterek lényegesen kisebbek, mint a nem érintett lábon állás közben végzett vizsgálat eredményéből számított értékek, azaz az egyensúlyozó képesség ekkor lényegesen rosszabb. Az egyensúlyozó képességet az egészséges végtag egyensúlyozó képessége határozta meg. ϑ D p<0.03 id s OA p<0.001 p<0.001 id s OA mindkét lábon domináns lábon nem-domináns mindkét lábon domináns lábon nem-domináns p<

48 48 Az ortopédiai és neurológiai tapasztalatok alapján ismert, hogy a dinamikus egyensúlyozó képesség a csípőízületi kopás hatására lényegesen csökken. Az ultrahang-alapú hirtelen irányváltoztatási teszt eredményeiből számított lengésparaméterek elemzésével megállapítottam, hogy az egyensúlyozó képesség szignifikánsan csökken a csípőízületi kopás hatására, az egyensúlyozásban az egészséges oldal szerepe szignifikáns.

49 A járás biztonságos, ha a járás harmonikus, szakaszai pontosan ismétlődnek A járáskép változékonysága kicsi a test egyensúlyát mindig visszanyeri A dinamikus egyensúly megtartása megfelelő minden körülmény között 49

50 Összefoglalás Járás változékonysága: A csípőízületi kopás romlásával az érintett végtag ízületi mozgásának változékonysága csökken a mozgásbeszűkülés miatt, a nem érintett végtag ízületi mozgásának változékonysága nő, a kompenzációban való szerepvállalás miatt, a járáskép változékonysága nő. A dinamikus egyensúly megtartása: A csípőízületi kopás romlásával a dinamikus egyensúly megtartása a hirtelen irányváltoztatás esetén romlik, amelyet a hirtelen irányváltoztatási teszttel meghatározott lengésparaméterek csökkenése modellez. 50 A csíp ízületi kopás hatására a járás biztonsága romlik, az elesés kockázata nagy.

51 Kutatás támogatói OTKA (T49471, T34150) Semmelweis Alapítvány Öveges Ösztöndíj 51

52 52 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!